技术课精馏塔塔顶压力的控制
精馏塔的控制
精馏塔的控制12.1 概述•精馏是石油、化工等众多生产过程中广泛应用的一种传质过程，通过精馏过程，使混合物料中的各组分分离，分别达到规定的纯度。
•分离的机理是利用混合物中各组分的挥发度不同（沸点不同），使液相中的轻组分（低沸点）和汽相中的重组分（高沸点）相互转移，从而实现分离。
•精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝冷却器、回流罐及回流泵等组成。
精馏塔的特点精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较复杂，动态响应迟缓、变量之间相互关联，不同的塔工艺结构差别很大，而工艺对控制提出的要求又较高，所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题。
而且从能耗的角度，精馏塔是三传一反典型单元操作中能耗最大的设备。
一、精馏塔的基本关系（1）物料平衡关系总物料平衡： F=D+B (12-1) 轻组分平衡：F z f =D x D +B x B (12-2) 联立（12-1）、（12-2）可得：（2）能量平衡关系 在建立能量平衡关系时，首先要了解分离度的概念。
所谓分离度s 可用下式表示：DB D f D BB f D x x x z F D x x z D Fx --=+-=)((12-3))1()1(D B B Dx x x x s --=(12-5)可见，随着s 的增大，x D 也增大，x B 而减小，说明塔系统的分离效果增大。
影响分离度s 的因素很多，如平均相对挥发度、理论塔板数、塔板效率、进料组分、进料板位置，以及塔内上升蒸汽量V 和进料F 的比值等。
对于一个既定的塔来说：式（12-6）的函数关系也可用一近似式表示： 或可表示为：式中β为塔的特性因子由上式可以看到，随着V /F 的增加，s 值提高，也就是x D 增加，x B 下降，分离效果提高了。
由于V 是由再沸器施加热量来提高的，所以该式实际是表示塔的能量对产品成分的影响，故称为能量平衡关系式。
由上分析可见，V /F 的增加，塔的分离效果提高，能耗也将增加。
精馏塔的控制方案(课堂PPT)
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三、精馏塔的自动控制
以乙醇-水的分离为例，采用精馏塔的精馏段温控方案
如果采用以精馏段温度作为衡量质量指标的间接指标， 而以改变回流量作为控制手段的方案，就称为精馏段温控。
图10-43 精馏段温控的控制方案示意图
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被控变量的选择：塔顶产品的成分要求比较高，二元系统精 馏时，p-t-x三者之间有一定的关系，考虑精馏塔工艺合理 性，塔压需要固定，气液平衡和挥发度才能稳定，t-x单值 对应关系才成立，所以以精馏段温度为被控变量，进行间 接指标控制；
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在采用精馏段温控时，当分离的产品较纯时， 由于塔顶或塔底的温度变化很小，对测温仪表的灵 敏度和控制精度都提出了很高的要求，但实际上却 很难满足。解决这一问题的方法，是将测温元件安 装在塔顶以下几块塔板的灵敏板上，以灵敏板的温 度作为被控变量。
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操纵变量的选择：影响精馏段温度的因素很多，从工艺角度 看，回流液量和蒸汽流量为可控因素，从两个因素对精馏 温度的影响看，回流量通道短，更及时、更显著，所以选 择回流液量为操纵变量。
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控制器正反作用的选择：
对象的作用：回流量增大，精馏塔温度降低，为反作用；
执行器作用：从安全考虑，当没有信号时，回流液量不 能过小，即没有信号时阀门要开，执行器采用气关式， 为反作用；
控制器作用：考虑整个控制系统为负反馈，控制器采用 反作用
当精馏塔温度偏高时，控制器是反作用，所以控制器 的控制作用减弱；执行器也是反作用，档控制作用减 弱时，执行器的阀门开度是增大的，使回流液量增大， 从而使精馏段的温度降低，达到控制目的。
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化工原理课程设计任务书精馏塔
化工原理课程设计任务书精馏塔本篇文档主要介绍化工原理课程设计任务书中关于精馏塔的要求和内容。
一、设计任务设计一座丙酮-甲醇精馏塔，要求：1. 产品：A级丙酮、B级丙酮、水、甲醇2. 输入流量：1000kg/h，A级丙酮50%，B级丙酮50%3. 操作压力：常压4. 输出流量：1000kg/h，A级丙酮90%，B级丙酮10%5. 设计基准：精馏32个板层二、设计步骤1. 精馏塔的结构设计(1) 塔的类型：管式塔(2) 塔的高度：设定32个板层，按传质条件设计最小高度(3) 填料类型：采用网格填料(4) 塔的直径：根据输入流量、精馏塔高度和填料设计(5) 塔的材质：不锈钢(6) 填料厚度：1.5cm2. 精馏塔的操作参数及控制(1) 操作压力：常压(2) 丙酮的重心温度：58℃(3) 甲醇的重心温度：52℃(4) 塔顶压力：1atm(5) 塔底压力：1atm(6) 板间压力降：0.015atm(7) 蒸汽进口管直径：50mm(8) 汽液分离器直径：100mm(9) 泵的扬程：15m3. 精馏塔的热力学计算(1) 设定板层数：32(2) 输入流量：1000kg/h，A级丙酮50%，B级丙酮50%(3) 设定塔顶压力：1atm(4) 设定塔底压力：1atm(5) 设定塔板温度，参考数值文献或软件计算(6) 根据塔板温度确定物质的蒸汽压(7) 根据物质的蒸汽压计算物质的分馏、回流比等参数4. 精馏塔的动力学模拟(1) 建立模型：使用MATLAB或其他模拟软件建立动力学模型(2) 确定控制方案：根据设定的输出要求，确定控制方案(3) 模拟仿真：进行塔的动态仿真，查找可能的故障及出现的问题(4) 评价：对模拟结果进行评价，并应对出现的问题进行处理三、设计成果1. 绘制精馏塔的结构图：包含填料、板层、进口出口等2. 绘制精馏塔的液相、气相平衡图3. 计算精馏塔流程图：包括输入和输出物质流量、温度、压力等参数4. 编写精馏塔的操作说明：包括操作控制、参数设定、操作步骤等5. 输出精馏塔的动态模拟成果：包括MATLAB或其他模拟软件的代码和仿真结果以上是化工原理课程设计的精馏塔任务书的要求和内容，本文档中介绍了设计步骤和要求，设计成果等部分，可以为读者提供一定帮助，同时也展示了精馏塔设计工作的一般流程和方法。
技术课精馏塔塔顶压力的控制
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减压塔的压力控制——冷剂法
• 当塔的真空借助喷射泵获得时，可以用调节塔顶冷凝器的冷剂量或冷剂温度从而改变尾气量的方法来调节 塔的真空度。
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减压控制——不凝气回流
• 当使用电动真空泵时，可以将调节阀安装在真空泵的回流线上，通过控制抽出量来控制塔的真空度。
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作者：工艺一班白志祥
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加压塔的压力控制——卡脖子法
• 精细化工厂的偏三甲苯塔是气相卡脖子法，加氢装置的脱碳十塔是液相卡脖子法。
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常压塔的压力控制（一）
• 常压塔的压力控制：
• 对于塔顶压力在稳定性要求不高的情况下，无需安装压力控制系统，可在精馏设备（回流罐）设一个通大 气的管道，以保证塔内压力接近于大气压。
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塔压波动的调节方法
• 在生产过程中当上述因素发生变化时，塔压发生变化，控制塔 压的调节机构就会自动动作，使塔压恢复正常。塔压发生变化 时，首先要判断引起压力变化的原因，而不是简单的只从调节 上使塔压恢复正常，要从根本上消除变化的因素，才能不破坏 塔的操作。例如，塔顶冷剂量不足引起塔压升高，若不提高冷 剂量，而是通过增加塔顶采出来调节压力，这样部分重组分会 进入精馏段，使产品不合格；又如釜温过低引起塔压下降，若 不提釜温，而是通过减少塔顶采出来控制压力，会使部分轻组 分到塔底，使产品不合格。
精馏塔的操作规程
精馏塔的操作规程一、操作要点：1、循环水流量不低于60m³/h。
2、真空压力控制在-0.07MPa—-0.09MPa。
3、蒸汽总压控制0.4MPa左右，实际使用压力在0.1-0.2MPa。
二、工艺流程：1、控制真空-0.08MPa，冷凝水正常开启。
2、中控室远程控制蒸汽阀，控制温度、压力、回流、进料。
缓慢开蒸汽阀，打开加热器放水阀放水后关闭，打开疏水器入口阀，疏水器正常使用，塔底液位开始下降，EDC开始汽化，关闭出料阀，进行全回流操作。
当塔顶温度在（45℃—52℃）左右时，逐渐减少回流，回流控制在（1.2m³/h），液位降低时，通过流量计进料，塔顶真空压力、温度稳定后，控制回流和进料流量，调整蒸汽压力，使塔中温度保持正常，取样分析，合格后开出料阀门，向干燥器放料，流入成品罐。
3、排液操作。
当塔底液位计接近满时（1500mm），缓慢开启残料罐阀门，向残料罐排液，当液位降至1/2时（750mm）关闭阀门，控制塔底液位不能从平衡管道溢入残料罐。
三、工艺指标：1、蒸汽总压力：≥0.4MPa，压缩空气≥0.2MPa。
2、塔内液位：1/2—2/3之间（750mm—1500mm）。
3、真空压力：-0.07MPa—-0.09MPa。
4、温度：底温90℃—100℃（1#—2#塔），3#塔：85℃—95℃，4#—5#塔：80℃—90℃。
中温：1#—2#塔：60℃—80℃；3#塔：65℃—85℃；4#—5#塔：70℃—85℃。
顶温：1#—2#塔：55℃—63℃；3#塔：50℃—60℃；4#—5#塔：45℃—55℃。
5、蒸汽压力控制在0.1—0.2MPa。
四、开车前的准备工作1、检查各操作阀门和仪表开关状态是否正确灵敏，是否处于完好状态。
2、检查半成品储罐情况。
3、检查蒸汽供应是否正常。
4、循环水系统是否正常，真空压力是否正常。
五、正常开车1、中控室利用远程系统打开进料阀门，通过流量计进料，当液位达到2/3时（1500mm），关闭进料阀。
精馏塔塔顶温度和塔压的关系
精馏塔塔顶温度和塔压的关系精馏塔是一种常见的化工设备，用于分离液体混合物中的不同组分。
塔顶温度和塔压是精馏塔操作中非常重要的参数，它们之间存在着密切的关系。
本文将就精馏塔塔顶温度和塔压的关系展开讨论。
一、精馏塔的工作原理精馏塔通过加热液体混合物，在塔内产生蒸汽。
蒸汽上升到塔顶，通过冷凝器冷却后变成液体，收集下来。
在塔底，通过加热器对底流液体进行加热，再次进入塔内。
这样，不同组分的液体在塔内进行多次蒸馏和冷凝，最终实现分离。
二、塔顶温度的意义塔顶温度是指精馏塔塔顶的温度。
塔顶温度的高低反映了塔内所蒸馏液体的组成和纯度。
通常情况下，塔顶温度越高，表示塔内所收集的液体纯度越高。
三、塔压的意义塔压是指精馏塔内的压力。
塔压的变化会影响到蒸汽的温度和液体的沸点。
一般来说，塔压越低，蒸汽温度越低，液体的沸点也越低。
因此，通过调节塔压，可以控制塔顶温度。
四、塔顶温度和塔压的关系塔顶温度和塔压存在着一定的关系，可以通过以下几个方面来说明：1. 理想情况下，塔顶温度和塔压呈正相关关系。
也就是说，塔压越高，塔顶温度也会相应升高；塔压越低，塔顶温度也会下降。
这是由于塔压的变化会影响到液体的沸点，从而影响到蒸汽的温度。
2. 但在实际操作中，由于精馏塔内存在一定的压降，塔顶温度和塔压并不是完全成正比的关系。
在塔顶附近，存在一定的温差，即温度梯度。
因此，塔压的变化对塔顶温度的影响并不是线性的。
3. 此外，塔顶温度还受到其他因素的影响，如进料温度、塔底温度、塔内液位等。
这些因素的变化都会对塔顶温度产生一定的影响。
五、塔顶温度和塔压的调节精馏塔操作中，塔顶温度和塔压的调节是十分重要的。
通过调节塔顶温度和塔压，可以实现对产品纯度的控制。
1. 调节塔压：可以通过调节加热器的加热功率或冷凝器的冷却功率来改变塔压。
增加加热功率或减少冷却功率可以提高塔压，从而提高塔顶温度；减少加热功率或增加冷却功率可以降低塔压，从而降低塔顶温度。
2. 调节塔顶温度：可以通过调节塔底的进料温度或加热器的加热功率来改变塔顶温度。
精馏塔操作中常见的几大问题
精馏塔操作中常见的几大问题前言精馏技术广泛应用于各类化学品的生产中，而精馏塔在化工厂也是较为常见的装置之一。
而在实际操作中，大家都会遇到这样那样的问题，今天小七就给大家总结总结精馏操作中常见的几种问题，看看你也有遇到过吗？以后再遇到问题，可参考小七给的方法呦~~1精馏操作中怎样调节塔的压力？影响塔压变化的因素是什么？任何一个精馏塔的操作，都应把塔压控制在规定的指标内，以相应地调节其它参数。
塔压波动过大，就会破坏全塔的物料平衡和气液平衡，使产品达不到所要求的质量。
所以，许多精馏塔都有其具体的措施，确保塔压稳定在适宜范围内。
对于加压塔的塔压，主要有以下两种调节方法：1. 塔顶冷凝器为分凝器时，塔压一般是靠气相采出量来调节的。
在其它条件不变的情况下，气相采出量增大，塔压下降；气相采出量减小，塔压上升。
2. 塔顶冷凝器为全凝器时，塔压多是靠冷剂量的大小来调节，即相当于调节回流液温度。
在其它条件不变的前提下，加大冷剂量，则回流液的温度降低，塔压降低；若减少冷剂量，回流液温度上升，塔压上升。
对于减压精馏塔的压力控制，主要有以下两种方法：1. 当塔的真空借助于喷射泵获得时，可以用调节塔顶冷凝器之冷剂量或冷剂温度从而改变尾气量的方法来调节塔的真空度。
当被分离的物料允许与空气接触时，在此控制方案中，蒸汽喷射泵在最大的能力下工作，调节阀装在通大气的管线上，用调节阀开度的大小，调节系统的尾气抽气量，从而达到调节塔的真空度的目的。
2. 当采用电动真空泵抽真空时，调节阀装在真空泵的回流管线上，用调节阀开度的大小来调节系统的尾气抽出量，从而调节塔的真空度。
对于常压塔的压力控制，主要有以下三种方法：1. 对塔顶压力在稳定性要求不高的情况下，无需安装压力控制系统，应当在精馏设备（冷凝器或回流罐）上设置一个通大气的管道，以保证塔内压力接近于大气压。
2. 对塔顶压力的稳定性要求较高或被分离的物料不能和空气接触时，塔顶压力的控制可采用加压塔塔压的控制方法。
精馏塔 压力控制 流程
精馏塔压力控制流程(中英文版)Title: Distillation Column Pressure Control ProcessThe pressure control process of a distillation column is crucial for the successful separation of components in a mixture.精馏塔是化工过程中用来分离混合物中不同组分的关键设备，而压力控制则是确保这一分离过程高效进行的关键因素。
The pressure in the distillation column is maintained by a pressure controller, which regulates the flow of feedstock and product.精馏塔内的压力由压力控制器来维持，该控制器通过调节进料和产品的流量来实现压力的稳定。
When the pressure in the column exceeds the set point, the pressure controller increases the flow of feedstock to lower the pressure.反之，当压力低于设定值时，压力控制器会减少进料流量以提高压力。
The pressure controller also communicates with the reflux drum to maintain a constant pressure.压力控制器还会与回流罐进行通信，以保持压力恒定。
In summary, the pressure control process of a distillation column is vital for the separation of components in a mixture.The pressure controller plays a key role in maintaining the pressure within the column, ensuring efficient separation.总之，精馏塔的压力控制过程对于混合物中组分的分离至关重要。
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作者：工艺一班白志祥
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减压控制——补氮气
? 在使用电动真空泵时，还可以用补氮气的 方式来控制塔压。在真空抽出线上接氮气 线，通过调节氮气量来控制真空度。我们 新装置精馏部分的四个塔压力都这样控制。
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水环真空泵的分程控制
? 精细化工厂脱轻塔压力采用分程控制
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提纲
? 精馏塔压力的控制方案
? 影响精馏塔压力的因素
? 精馏塔压力的调节
? DPG流程
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精馏塔的压力控制
? 塔的压力是精馏塔控制最重要的指标，塔 压波动过大，就会破坏全塔的热量平衡和 汽液相平衡，影响产品质量。
? 塔压力的控制一般分为三种情况，即加压 塔、减压塔和常压塔。
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分程控制曲线
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影响塔压的因素
? 影响塔顶压力变化的因素是多方面的，例 如：塔顶温度、塔釜温度、进料组成、进 料流量、进料温度、回流量、冷剂量、冷 剂压力等的变化以及仪表故障，设备管线 堵冻等，都可以引起塔压的变化。例如， 釜温突然升高、冷剂量减少、进料中轻组 分含量增加或进料量加大、采出管线堵塞 都会引起塔压升高。另外，塔顶调节阀失 灵也会引起塔压波动。
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减压塔的压力控制——冷剂法
? 当塔的真空借助喷射泵获得时，可以用调 节塔顶冷凝器的冷剂量或冷剂温度从而改 变尾气量的方法来调节塔的真空度。
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减压控制——不凝气回流
? 当使用电动真空泵时，可以将调节阀安装 在真空泵的回流线上，通过控制抽出量来 控制塔的真空度。
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塔压波动的调节方法
? 在生产过程中当上述因素发生变化时，塔压发生 变化，控制塔压的调节机构就会自动动作，使塔
压恢复正常。塔压发生变化时，首先要判断引起 压力变化的原因，而不是简单的只从调节上使塔 压恢复正常，要从根本上消除变化的因素，才能 不破坏塔的操作。例如，塔顶冷剂量不足引起塔 压升高，若不提高冷剂量，而是通过增加塔顶采 出来调节压力，这样部分重组分会进入精馏段， 使产品不合格；又如釜温过低引起塔压下降，若 不提釜温，而是通过减少塔顶采出来控制压力，
会使部分轻组分到塔底，使产品不合格。
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常压塔的压力控制（一）
? 常压塔的压力控制： ? 对于塔顶压力在稳定性要求不高的情况下，
无需安装压力控制系统，可在精馏设备 （回流罐）设一个通大气的管道，以保证 塔内压力接近于大气压。
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常压塔的压力控制（二）
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加压塔压力控制——气相采出法
? 塔顶冷凝器为分凝器(气液相并存)时，塔压 一般是靠气相采出量来调节的，在其他条 件不变的情况下，气相采出量增大，塔压 下降，气相采出量减少，塔压上升。
? 乙烯厂加氢工段10-C-701塔的压力控制 P17003就是采用的气相采出法。
? 对塔顶压力的稳定性要求较高或被分离的 物料不能于空气接触时，该塔的压力控制 可以采用加压塔的压力控制方法，可以用 气相排出法或冷剂法（不再重复介绍）。
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常压塔控制（三）
? 调节塔釜加热量的方法来控制塔顶压力， 化工助剂装置的溶剂精馏塔就是用塔釜加 热量来控制压力。
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气相采出控制法图示
PC 气相采出
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加压塔压力控制——冷剂调节
? 塔顶物料为全凝时，靠冷剂量来控制压力， 也就是控制回流温度。
PC
控制冷剂量
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? 热旁通阀的三个优点： ? 冷凝器可以安装的比较低，这样就不用设
置平台，减少材料，降低成本；
? 调节灵敏度高，易调节；
? 调节阀安装的管线可以比较细，可以使用 比较小的调节阀，也降低了成本；
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热旁通控制法图示
PC 热旁通
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加压塔的压力控制——卡脖子法
? 精细化工厂的偏三甲苯塔是气相卡脖子法， 加氢装置的脱碳十塔是液相卡脖子法。
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2019/1/23
TC FC
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